(57)【要約】【課題】  設計上の基準点を表示するためにワーク上に設けられたアライメントマークから、迅速かつ高精度に加工上の基準点を決定することができる、加工上の基準点の位置決定方法およびレーザ加工機を提供すること。【解決手段】  設計上の基準点を表示するためにプリント基板９上に設けられたアライメントマーク１が存在する筈の探索エリア５を撮像し、得られた撮像データをパターンマッチング処理することによりアライメントマーク１の位置を特定し、撮像データを２値化処理することによりアライメントマーク１を図形として抽出し、抽出された図形の中心座標を求め、求めた座標を加工上の基準点とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計上の基準点を表示するためにワーク上に設けられたアライメントマークが存在する筈の第１の領域を撮像し、
得られた撮像データをパターンマッチング処理することにより前記アライメントマークの位置を特定し、
前記アライメントマークを含み、前記第１の領域よりも狭い第２の領域内の前記撮像データを２値化処理することにより前記アライメントマークを図形として抽出し、
抽出された前記図形の中心の座標を求め、
求めた座標を加工上の基準点とする
ことを特徴とする加工上の基準点の決定方法。
【請求項２】
前記２値化処理に先立ち、前記第２の領域内の前記撮像データの輝度とその頻度とから前記２値化処理に採用する閾値を決定することを特徴とする請求項１に記載の加工上の基準点の決定方法。
【請求項３】
レーザ発振器と、ワークとレーザ発振器から出力されたレーザ光とを相対的に移動させる移動手段と、撮像カメラと、画像処理装置とを備え、請求項１または請求項２に記載の加工上の基準点の決定方法により加工上の基準点を決定することを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計上の基準点を表示するためにワーク上に設けられたアライメントマークから加工上の基準点を決定する場合の加工上の基準点の位置決定方法およびレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール（穴）を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。
【０００３】
ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣＯ2レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系を用いてレーザ光を走査させることにより、高速加工を実現している。しかしながら、穴の小径化や小ピッチ化が進むにつれて加工位置精度に対する要求が厳しくなっている。
【０００４】
プリント基板の位置合わせは基板の四隅に設けられたアライメントマーク（なお、通常、アライメントマークの中心が設計上の基準点である。）を基準とすることが多い。具体的にはプリント基板をＸＹテーブルに載置して、その上方からカメラ等でアライメントマークを撮像し、画像処理によりアライメントマークの中心を求め、求めた中心を加工上の基準点とする。そして、プリント基板上の各点のずれ量を算出し、ずれ量を補正しながら加工をしていた。
【０００５】
次に、従来のアライメントマークの検出方法について説明する。
図６は、従来のアライメントマークの各部の状態を説明する図であり、（ａ）はアライメントマーク近傍の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ軸部分のプロファイル（撮像データの輝度の大きさ）を示す図、（ｄ）は（ｃ）のプロファイルを輝度毎の頻度で示すヒストグラムである。
【０００６】
プリント基板９の最上層の導電層３（銅箔）にはエッチングにより四角の窓３ｗが形成されている。導電層３の表面は、いわゆる銅色である。導電層３と内層に設けられた円形パターンのアライメントマーク１との間には、半透明の絶縁層２（樹脂層）が設けられている。アライメントマーク１は内層の導体層（例えば銅箔）をエッチングにより形成したもので、表面は黒化処理されている。なお、アライメントマーク１は、設計上の基準点Ｏを中心とする円である。
【０００７】
図示のプリント基板９の場合、同図（ｃ）に示すように、輝度が一番大きいのは最上層の導電層部分３であり、次に絶縁層２、一番低いのがアライメントマーク１である。
【０００８】
また、同図（ｄ）において、頻度が少ない輝度αと輝度βは、それぞれ同図（ｃ）に示す輝度に対応する。すなわち、輝度βはアライメントマーク１と絶縁層２の境界に、また、輝度αは絶縁層２と導電層３の境界に、それぞれ対応し、輝度βより小さい撮像データがアライメントマーク１の撮像データに対応することが分かる。したがって、図示のアライメントマークの場合、閾値を輝度βとすれば、アライメントマーク１を精度よく抽出することができる。
【０００９】
次に、従来の加工上の基準点の決定手順について説明する。
図７は、従来の加工上の基準点の位置を決定する手順を示すフローチャートである。
検出に先立ち、マークサイズ（アライメントマーク１のサイズ）と、計測ウインドウの位置及び大きさと、撮像データを処理するための閾値とを、設定しておく。なお、計測ウィンドウ６の大きさとしては、図６（ａ）に点線で示すように、窓３ｗよりも小さくアライメントマーク１よりも大きいものとする。このようにすると、２値化の対象となる撮像データを、輝度が同図（ｄ）の点線以下であるデータだけにすることができるので、アライメントマーク１と絶縁層２を容易に識別することができる。
【００１０】
動作開始が指示されると、計測ウィンドウ６を撮像し、撮像データを２値化する（手順Ｓ１０、２０）。そして、２値化されたデータにより図形を抽出（ラベリング）してから（手順Ｓ３０）、抽出した図形がアライメントマーク１に一致するかどうかを判定する（手順Ｓ４０）。そして、抽出した図形がアライメントマーク１に一致する場合は抽出した図形の面積重心の座標を求め、求めた座標を加工上の基準点として処理を終了する（手順Ｓ５０）。また、手順Ｓ４０において抽出した図形がアライメントマーク１に一致しない場合は、ＸＹテーブルを予め定めた距離だけＸＹ方向に移動させてから（手順Ｓ６０）、手順Ｓ１０の処理を行う。
【００１１】
ところで、図８に示すように、プリント基板９のテーブルに対する設置位置がずれることによりアライメントマーク１が計測ウィンドウ６から外れた場合は、アライメントマーク１を検出することができない。なお、同図においてＫは撮像カメラのレンズの中心、すなわち視野範囲４ｓの中心である。
【００１２】
そこで、計測ウィンドウ６の内部にアライメントマーク１全体が入るまでプリント基板９を載置したＸＹテーブルを少しずつ移動させる、いわゆるアライメントマーク１の探索動作を行うようにしていた（特許文献１）。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２２２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１の方法を用いることにより、アライメントマークの位置を確実に知ることができた。
しかし、アライメントマーク1が計測ウィンドウ６から外れた場合には、アライメントマークの位置の探索に時間を要した。
【００１５】
なお、計測ウィンドウ６を拡大する方法もあるが、図６に示したプリント基板の場合、導電層３を含んだ画像情報の処理になり、また、実際のワークではごみ等が付着している場合があること等により、閾値がα付近となってしまう場合があるので、アライメントマーク１を正確に検出できるとは限らない。
【００１６】
また、計測ウィンドウ６に対して、アライメントマーク１のサイズが小さすぎる場合、鮮明にアライメントマーク１を撮像できたとしても、２値化処理では前記アライメントマーク１を検出できなくなる場合がある。
【００１７】
また、パターンマッチング処理を用いることによりアライメントマーク１を検出することができるが、アライメントマーク１の寸法誤差や形状不良により、検出位置に誤差が生じる。
【００１８】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、設計上の基準点を表示するためにワーク上に設けられたアライメントマークから、迅速かつ高精度に加工上の基準点を決定することができる、加工上の基準点の位置決定方法およびレーザ加工機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の第一の手段は、加工上の基準点の決定方法として、設計上の基準点を表示するためにワーク上に設けられたアライメントマークが存在する筈の第１の領域を撮像し、得られた撮像データをパターンマッチング処理することにより前記アライメントマークの位置を特定し、前記アライメントマークを含み、前記第１の領域よりも狭い第２の領域内の前記撮像データを２値化処理することにより前記アライメントマークを図形として抽出し、抽出された前記図形の中心の座標を求め、求めた座標を加工上の基準点とすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第二の手段は、レーザ加工機として、レーザ発振器と、ワークとレーザ発振器から出力されたレーザ光とを相対的に移動させる移動手段と、撮像カメラと、画像処理装置とを備え、上記本発明の第一の手段により加工上の基準点を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
得られた撮像データからアライメントマークを探索するので、ワークを物理的に移動させる必要がなく、探索時間を短縮することができる。また、アライメントマークの位置を特定してから撮像データを２値化処理するので、アライメントマークを正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係るアライメントマーク近傍の平面図であり、図６と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
アライメントマーク１は円形のパターンであり、絶縁層２の下層に配置されている。アライメントマーク１は、導電層３に設けられた窓３ｗは、アライメントマーク１が目視できる位置に配置されている。図示の場合、視野範囲４ｓの中心Ｋに対して、アライメントマーク１の中心Ｏはずれている。
【００２４】
次に、本発明の動作を説明する。
図２は、本発明により加工上の基準点の位置を決定する手順を示すフローチャートである。
【００２５】
検出に先立ち、パターンマッチング処理に用いるマスターパターンと探索エリア５、計測用ウインドウ６のサイズおよびマークサイズ（アライメントマーク１の大きさ）を画像処理装置に登録する。
【００２６】
なお、登録するマスターパターン（以下、「登録パターン」という。）は、図３に示すように、アライメントマーク１よりも若干広い範囲の画像１ａとする。
【００２７】
また、探索エリア５は、プリント基板９上のアライメントマーク１が公差内で最もずれ、かつＸＹテーブル上のプリント基板９の配置が許容値内で最もずれた場合であっても、アライメントマーク１が探索エリア５内に収まる大きさにする。
【００２８】
また、計測用ウインドウ６は、図４に示すように、アライメントマーク１周囲の影響を除去するため、窓３ｗよりも小さく、且つアライメントマーク１よりも若干大きい範囲、例えば、登録パターンと同じ大きさにする。
【００２９】
動作開始が指示されると、探索エリア５を撮像し、パターンマッチング処理により得られた撮像データから登録パターンと一致するデータ群を選び出す（手順Ｓ１００〜１２０）。次に、計測ウィンドウ６を登録パターンと一致するデータ群を含む位置に配置する（手順Ｓ１３０）。
【００３０】
次に、計測ウィンドウ６内の撮像データの輝度に関するヒストグラムを作成し、閾値βの値を決定してから（手順Ｓ１４０）、計測ウィンドウ６内のデータを２値化する（手順Ｓ１５０）。そして、２値化されたデータにより図形を抽出してから（手順Ｓ１６０）、抽出した図形がアライメントマーク１に一致するかどうかを判定する（手順Ｓ１７０）。そして、抽出した図形がアライメントマーク１に一致する場合は抽出した図形の輪郭点を抽出し（手順Ｓ１８０）、円近似を行う（手順Ｓ１９０）。そして、得られた円の中心Ｏの座標を求め（手順Ｓ２００）、求めた座標を加工上の基準点として処理を終了する。
なお、手順Ｓ１８０、１９０に代えて、抽出された図形の重心の位置を加工上の基準点としてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、テーブルを移動させることなく、探索エリア内の撮像データに基づいて（すなわち画像処理装置内のデータ処理により）アライメントマーク1の中心位置を求めるので、加工上の基準点を短時間で決定することができる。
【００３２】
つぎに、本発明を適用したレーザ加工装置の動作を説明する。図５は、本発明に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【００３３】
まず構成を説明する。
ＮＣ装置１６は、レーザ制御ユニット１７、ガルバノ制御ユニット１８、テーブル制御ユニット１９、画像処理ユニット８を制御する。レーザ制御ユニット１７はレーザ発振器１０にレーザ光１１を出力させる。ガルバノ制御ユニット１８はガルバノミラー１２、１３の回転角度を制御する。テーブル制御ユニット１９はＸＹテーブル１５をＸＹ方向に位置決めする。画像処理ユニット８は撮像カメラ７によって撮像された撮像データを処理し、パターンの輪郭線によって囲まれる図形の中心位置を求め、加工上の基準点の位置とする。
【００３４】
プリント基板９はＸＹテーブル１５上に載置されている。プリント基板９の四隅には加工位置の基準となるアライメントマーク１が描画されている。    
【００３５】
レーザ発振器１０の光路上にはガルバノミラー１２、１３、ｆθレンズ１４が配置されている。ｆθレンズ１４は、入射角度θで入射する光のプリント基板９の上の位置が、光軸からｆ×θ（ただし、ｆはｆθレンズ１４の焦点距離）の位置になるように設計されたレンズであり、レーザ光１１をプリント基板上に集光する機能も有する。
【００３６】
撮像カメラ７は、レンズ４の光軸が鉛直方向になるようにして、ＸＹテーブル１５と対向する位置に配置されている。
つぎに動作について説明する。加工に先立ち、ＸＹテーブル１５を移動させ、撮像カメラ７によりアライメントマーク１を撮像し、上述した手順により、各基準点（図示の場合は４個）の位置を決定する。そして、決定された各基準点の位置に基づき、例えば、プリント基板９のＸＹテーブル１５上の位置や、Ｘ、Ｙ軸に対する傾き等を求める。以下、予めＮＣ装置１６に入力された加工プログラムによりレーザ加工を行う。
【００３７】
レーザ制御ユニット１７の指令により、レーザ発振器１０から加工する穴の種類によって予め求められた加工条件（ピーク出力、繰返し周波数、パルスショット数等）に応じたレーザ光１１が発振され、ガルバノミラー１２、１３に入射してｆθレンズ１４に入射する角度を制御される。ｆθレンズ１４の大きさで定まる領域（通常、５０×５０ｍｍ角程度）の加工が終了すると、プリント基板９を次の被加工領域に移動させる。このような動作を繰り返すことにより、レーザ光１１を用いてプリント基板９の全面を加工する。
【００３８】
以上、説明したように本発明の加工上の基準点の位置決定方法を用いたレーザ加工装置では、アライメントマーク周囲の影響を受けずに、アライメントマークを正確に且つ高速に検出できるので、高精度ならびに高信頼性の加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るアライメントマーク近傍の平面図である。
【図２】本発明により加工上の基準点の位置を決定する手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明におけるマスターパターンの説明図である。
【図４】本発明における計測ウィンドウ６の説明図である。
【図５】本発明に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図６】従来のアライメントマークの各部の状態を説明する図である。
【図７】従来技術における加工上の基準点の位置を決定する手順を示すフローチャートである。
【図８】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アライメントマーク
５  探索エリア
９  プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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